Ex Vivo Perfusiecultuur van grote bloedvaten in een 3D-geprinte bioreactor
28 juli 2023
Dit protocol presenteert de opzet en werking van een nieuw ontwikkelde, 3D-geprinte bioreactor voor de ex vivo kweek van bloedvaten in perfusie. Het systeem is ontworpen om gemakkelijk door andere gebruikers te worden overgenomen, praktisch, betaalbaar en aanpasbaar aan verschillende experimentele toepassingen, zoals basisbiologie en farmacologische studies.
We ontwikkelden een eenvoudige, kosteneffectieve en aanpasbare bioreactor voor het kweken van bloedvaten in vitro. De toepassing van fysiologische stromings- en pulserende krachten op bloedvaten zorgt ervoor dat de cellen in het weefsel levensvatbaar blijven. De toepassing van bioreactoren, zoals we die hier hebben beschreven, maken het mogelijk om bloedvaten ex vivo te kweken en vermindert de afhankelijkheid van dierproeven in onderzoek.
De toepassing van hemodynamische krachten is cruciaal om een gezond bloedvat in cultuur te houden, terwijl profusiebioreactoren een geweldige oplossing zijn om deze dynamische omgeving te bereiken. Systemen die in de bestaande literatuur worden beschreven, zijn vaak moeilijk te repliceren, duur en niet gemakkelijk aan te passen. We hebben een nieuw perfusiesysteem ontwikkeld met de naam EasyFlow.
Dit systeem is economisch te produceren, biedt plaats aan een ander scala aan weefsels en is eenvoudig aan te passen, zodat onderzoekers het kunnen aanpassen aan hun experimentele behoeften. De productie is open source, gebaseerd op een 3D-model, en is toegankelijk via de krant. Ook kan het worden aangepast aan de behoeften van het onderzoek op basis van dit 3D-model.
EasyFlow wordt momenteel gebruikt om mechanismen van vasculair herstel te testen, zoals stamcellen of therapieën op basis van biomateriaal. We willen deze bioreactor ook gebruiken om de rijping van weefselgemanipuleerde bloedvaten te induceren.
Overzicht
Dit protocol beschrijft de installatie en bediening van een nieuw ontwikkelde, 3D-geprinte bioreactor voor de ex vivo kweek van bloedvaten onder perfusie. Het systeem is ontworpen om gemakkelijk door andere gebruikers te worden overgenomen, is praktisch, betaalbaar en aanpasbaar aan verschillende experimentele toepassingen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Bioreactortechnologie
- Vasculaire biologie
- Tissue engineering
Achtergrond
- Bestaande bioreactorsystemen zijn vaak duur en moeilijk te reproduceren.
- Fysiologische flow en pulserende krachten zijn cruciaal voor het behoud van de celviabiliteit in bloedvaten.
- Het verminderen van de afhankelijkheid van dierproeven is een belangrijk doel in vasculair onderzoek.
- De ontwikkeling van open-source modellen kan de toegankelijkheid voor onderzoekers verbeteren.
Doel van de studie
- Om een kosteneffectieve en aanpasbare bioreactor te presenteren voor de kweek van bloedvaten.
- Om het onderzoek naar mechanismen van vasculair herstel te faciliteren.
- Om een platform te bieden voor het testen van therapieën op basis van stamcellen en biomaterialen.
Gebruikte methoden
- Ontwikkeling van het EasyFlow-perfusiesysteem.
- Toepassing van hemodynamische krachten op gekweekte bloedvaten.
- Open-source productie op basis van een 3D-model.
- Aanpassing van het systeem voor diverse experimentele behoeften.
Belangrijkste resultaten
- Het EasyFlow-systeem is economisch en eenvoudig aan te passen.
- Het is geschikt voor een breed scala aan weefsels voor onderzoek.
- Initiële toepassingen omvatten het testen van mechanismen voor vasculair herstel.
- Het systeem ondersteunt de rijping van in het laboratorium gekweekte bloedvaten.
Conclusies
- De EasyFlow-bioreactor biedt een praktische oplossing voor vasculair onderzoek.
- Het bevordert de levensvatbaarheid van bloedvaten in kweek door middel van dynamische condities.
- Dit systeem kan de noodzaak voor diermodellen in onderzoek aanzienlijk verminderen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Gestandaardiseerde ex vivo perfusiecultuur van grote bloedvaten vult een kritisch gat in translationeel vasculair onderzoek door fysiologisch relevante en reproduceerbare studies buiten diermodellen mogelijk te maken. Het 3D-geprinte bioreactorplatform ondersteunt mechanistische risicoreductie en versnelt het testen van therapeutische hypothesen voor vasculaire herstel en tissue engineering. Deze mogelijkheid vergroot het voorspellende vertrouwen op de interface tussen discovery en preklinische ontwikkeling voor cardiovasculaire portfolio's.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar vasculaire herstelmechanismen mogelijk onder gecontroleerde hemodynamische omstandigheden.
- Ondersteunt functionele validatie van therapeutische hypothesen op basis van stamcellen en biomaterialen.
- Faciliteert biologische risicoreductie door de levensvatbaarheid van weefsel ex vivo te behouden.
- Verbetert het voorspellend vertrouwen voor de selectie van targets in onderzoek naar vasculaire aandoeningen.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een reproduceerbaar platform voor de kwantitatieve beoordeling van vaatreacties op kandidaattherapieën.
- Standaardiseert dynamische kweekcondities voor de vergelijkbaarheid en schaalbaarheid van assays.
- Maakt de preparatie van gevalideerde biologische systemen mogelijk voor downstream screening-workflows.
- Ondersteunt een betrouwbare evaluatie van de effecten van verbindingen of biomaterialen op vasculair weefsel.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Slaat aan op ziekterelevante fysiologische condities voor translationele biomarkerstudies.
- Slaat een brug tussen bevindingen in de ontdekkingsfase en preklinische validatie door de afhankelijkheid van diermodellen te verminderen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen voor de voortgang van programma's voor vasculair herstel en tissue engineering.
- Faciliteert rijppingsstudies van engineered bloedvaten onder fysiologisch relevante flow.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze 3D-geprinte bioreactor integreert in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek door ex vivo vatcultuur, mechanische tests en translationele modellering mogelijk te maken.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten en de verduidelijking van pathways voor strategieën voor vasculaire herstel.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare assaycondities voor kwantitatieve evaluatie.
- Analytics: Biedt dynamische read-outs van de levensvatbaarheid en respons van vaten onder fysiologische flow.
- Translationeel Onderzoek: Maakt continuïteit mogelijk van in vitro ontdekking naar preklinische modelvalidatie.
- Enterprise Hergebruik: Biedt een open-source, aanpasbaar platform voor brede adoptie binnen R&D.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in vasculair onderzoek.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van workflows voor vatculturen.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door de afhankelijkheid van diermodellen te verminderen.
- Portfolio-impact: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en bevordering van kandidaten voor vasculaire herstel mogelijk.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in vasculaire biologie en tissue engineering voor optimaal gebruik.
- Vereist toegang tot infrastructuur voor 3D-printen en perfussie-instrumentatie.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor reproduceerbare dynamische kweekcondities.
- Aanpasbaar voor diverse vaattypes en experimentele modellen.
- Praktische beperkingen omvatten de kweekduur en weefselcompatibiliteit, zoals ondersteund door de huidige gegevens.
